氮化铝陶瓷是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料,受到了国内外研究者的较广重视。理论上,氮化铝的热导率接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。另外,氮化铝还耐高温,耐腐蚀,不为多种熔融金属和融盐所浸润,因此,可用作高级耐火材料和坩埚材料,也可用作防腐蚀涂层,如腐蚀性物质的容器和处理器的里衬等。氮化铝粉末还可作为添加剂加入各种金属或非金属中来改善这些材料的性能。高纯度的氮化铝陶瓷呈透明状,可用作电子光学器件。氮化铝还具有优良的耐磨耗性能,可用作研磨材料和耐磨损零件。影响氮化铝陶瓷热导率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、显微结构、粉体纯度等。深圳耐温氮化铝品牌
氮化铝陶瓷的制备技术:凝胶注模成型技术原理是首先将粉体、溶剂、分散剂混合球磨,制备具有高固相、粘度的粉体-溶剂浓悬浮液,加入合适的有机单体,添加引发剂或固化剂或者通过外界条件如温度等的变化使陶瓷浆料中的单体交联固化,很终在坯体中形成三维网状结构将陶瓷颗粒固定,使浆料原位固化成型。与其他成型工艺技术相比,凝胶注模成型优点如下:适用范围较广;成型坯体缺陷和变形小,是一种近净尺寸成型工艺;坯体强度较高,成型坯体可进行机加工;坯体中有机物含量很低,排胶后成品变形小;陶瓷生坯和烧结体密度高、均匀性好;成本低、工艺可控。目前,凝胶注模成型的主要问题有:水机注凝成型需要对氮化铝粉体做抗水解处理,非水基成型则需要进一步寻找和制备凝胶网络交联密度、强度适宜且易于制得高固含量低粘度浆料的注凝体系。深圳耐温氮化铝品牌氮化铝膜是指用气相沉积、液相沉积、表面转化或其它表面技术制备的氮化铝覆盖层。
氮化铝陶瓷具有优良的热、电、力学性能,所以它的应用范围比较广。可以制成氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电耗损小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝陶瓷硬度高,超过氧化铝陶瓷,也可用于磨损严重的部位。利用氮化铝陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作GaAs晶体坩埚、Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件,利用其光学性能可作红外线窗口。氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。氮化铝新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。利用此特性,可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。氮化铝陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中较广应用。
氮化铝粉体的成型工艺有多种,传统的成型工艺诸如模压,热压,等静压等均适用。由于氮化铝粉体的亲水性强,为了减少氮化铝的氧化,成型过程中应尽量避免与水接触。另外,据中国粉体网编辑了解,热压、等静压虽然适用于制备高性能的块体氮化铝瓷材料,但成本高、生产效率低,无法满足电子工业对氮化铝陶瓷基片用量日益增加的需求。为了解决这一问题,近年来人们研究采用流延法成型氮化铝陶瓷基片。流延法目前已成为电子工业用氮化铝陶瓷的主要成型工艺。流延成型制备多层氮化铝陶瓷的主要工艺是:将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料,通过流延制成坯片,采用组合模冲成标准片,然后用程控冲床冲成通孔,用丝网印刷印制金属图形,将每一个具有功能图形的生坯片叠加,层压成多层陶瓷生坯片,在氮气中约700℃排除粘结剂,然后在1800℃氮气中进行共烧,电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。氧化铝陶瓷基板的热导率低,热膨胀系数和硅不太匹配。
致密度不高的材料热导率也不会高。为了获得高致密度的氮化铝陶瓷,一般采取的方法有:使用超细粉、改善烧结方式、引入烧结助剂等方法。因此,氮化铝粉体粒径的大小会直接影响到氮化铝陶瓷烧结的致密度。超细氮化铝粉体由于其高的比表面积,会在烧结的过程中增加烧结的推动力,加速烧结的过程。此外,粉体的尺寸变小也就意味着物质的扩散距离变短,高温下有利于液相物质的生成,极大地加强了流动传质作用。由于氮化铝自扩散系数小,烧结非常困难。只有使用纯度高的超细粉,才可以在烧结的过程中尽可能地减少气孔的出现,保持高致密度。因此,据中国粉体网编辑的了解,工业上一般要求超细氮化铝粉体的D50(即颗粒累积分布为50%的粒径)尺寸尽可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均匀。氮化铝防导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。深圳耐温氮化铝品牌
陶瓷注射成型粘结剂须具备以下条件:流动特性好,注射成型黏度适中,且黏度随温度不能波动太大。深圳耐温氮化铝品牌
AlN陶瓷基片一般采用无压烧结,该烧结方法是一种很普通的烧结,虽然工艺简单、成本较低、可制备形状复杂,但烧结温度一般偏高,再不添加烧结助剂的情况下,一般无法制备高性能陶瓷基片。传统烧结方式一般通过外部热源对AlN坯体进行加热,热传导不均且速度较慢,将影响烧结质量。微波烧结通过坯体吸收微波能量从而进行自身加热,加热过程是在整个材料内部同时进行,升温速度快,温度分散均匀,防止AlN陶瓷晶粒的过度生长。这种快速烧结技术能充分发挥亚微米级和纳米级粉末的性能,具有很强的发展前景。放电等离子烧结技术主要利用放电脉冲压力、脉冲能和焦耳热产生瞬间高温场实现快速烧结。放电等离子烧结技术的主要特点是升温速度快,烧结时间短,烧结温度低,可实现AlN陶瓷的快速低温烧结。通过该烧结方法,烧结体的各个颗粒可类似于微波烧结那样均匀地自身发热以活化颗粒表面,可在短时间内得到致密化、高热导烧结体。深圳耐温氮化铝品牌
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